Quelltext der Seite Diphtherietoxin

{{Infobox Protein
| Name            = Diphtherietoxin (Corynephage β)
| Bild            = Diphtheria toxin 1DDT.png
| Bild_legende    = Oberflächenmodell nach {{PDB|1DDT}}. Kette A (Enzym) orange, Kette B (Transporter) hellblau.
| PDB             = <!-- {{PDB2|1YY1}}, {{PDB2|ABCD}} -->
| Groesse         = 535 = 193+342 Aminosäuren
| Kofaktor        = 
| Precursor       = 
| Struktur        = A+B
| Isoformen       = 
| HGNCid          = 
| Symbol          = DT
| AltSymbols      = 
| OMIM            = 
| UniProt         = P00588
| MGIid           = 
| CAS             = 
| CASergänzend    = 
| ATC-Code        = <!-- {{ATC|X99|XX99}} -->
| DrugBank        = 
| Wirkstoffklasse = 
| TCDB            = 
| TranspText      = 
| EC-Nummer       = 2.4.2.36
| Kategorie       = Glycosyltransferase
| Peptidase_fam   = 
| Reaktionsart    = Übertragung eines ADP-Riboserests
| Substrat        = NAD<sup>+</sup> + EF-2
| Produkte        = NAD + EF-2(defekt)
| Homolog_fam     = NV
| Taxon           = 
| Taxon_Ausnahme  = 
| Orthologe       = 
}}

Das '''Diphtherietoxin''' ('''DT''') ist ein von 1884 bis 1889 von [[Friedrich Loeffler (Mediziner, 1852)|Loeffler]], [[Emile Roux|Roux]] und [[Alexandre Émile Jean Yersin|Yersin]] entdecktes<ref>[[Paul Diepgen]], [[Heinz Goerke]]: ''[[Ludwig Aschoff|Aschoff]]/Diepgen/Goerke: Kurze Übersichtstabelle zur Geschichte der Medizin.'' 7., neubearbeitete Auflage. Springer, Berlin/Göttingen/Heidelberg 1960, S. 48.</ref> [[Exotoxin]] aus ''[[Corynebacterium diphtheriae]]'', dem Erreger der [[Diphtherie]] und hemmt die [[Proteinbiosynthese]] bei [[Eukaryoten]] und [[Archaeen]] durch Blockierung der [[Translation (Biologie)|Translation]] während der [[Elongation (Translation)|Elongationsphase]] (mit Verlängerung der Aminosäurenkette). Das [[hochmolekular]]e und hitzelabile [[Toxin]]<ref>{{Literatur |Autor=Marlies Höck und Helmut Hahn |Titel=Korynebakterien |Hrsg=Sebastian Suerbaum, Gerd-Dieter Burchard, Stefan H. E. Kaufmann, Thomas F. Schulz |Sammelwerk=Medizinische Mikrobiologie und Infektiologie |Verlag=Springer-Verlag |Datum=2016-08-23 |ISBN=978-3-662-48678-8 |Seiten=309}}</ref> zählt zu den [[Lektin]]en. Die genetische Information ist im [[Prophage]]n β (''[[Corynephagen|Corynebacterium-Phage beta]]'') enthalten. Nur wenn das Bakterium von ihm infiziert wird, kann es selbst das Toxin bilden. Demnach können via Phagenkonversion (Infektion mit tox<sup>+</sup>-[[Bakteriophagen|Phagen]]) nichttoxigene ''C. diphtheriae''-Stämme die Fähigkeit, DT zu erzeugen, erwerben.<ref>{{Internetquelle |autor= |url=https://www.rki.de/DE/Content/Infekt/EpidBull/Merkblaetter/Ratgeber_Diphtherie.html |titel=Diphtherie – RKI-Ratgeber |werk=RKI |datum=2018-01-10 |abruf=2021-02-02}}</ref><ref
name=SIB3967>SIB: [https://viralzone.expasy.org/3967 Viral exotoxin]. Expasy: ViralZone</ref><ref
name=SIB3965>SIB: [https://viralzone.expasy.org/3965 Modulation of host virulence by virus]. Expasy: ViralZone</ref>

== Wirkungsweise ==
Das [[Toxin]] besteht aus zwei Proteinen Toxin A und Toxin B, die über eine [[Disulfidbrücke]] (Cys186-Cys201)<ref name=":1" /> miteinander verbunden sind und bindet selektiv an die [[Ribosom|80 S-Ribosomen]] von [[Eukaryoten|eukaryotischen]] Zellen. Seine Masse beträgt etwa 61&nbsp;[[Dalton (Einheit)|kDa]]. Es sind drei Funktionsbereiche ([[Proteindomäne|Domänen]]) auf dem Toxin bekannt:<ref name=":0" />

* R-Domäne: es handelt sich um eine Rezeptorbindungsstelle und ermöglicht das Binden an ein Rezeptorprotein der Zielzelle
* T-Domäne: diese Domäne vermittelt die Translokation des Enzymanteils des Toxins in die Zielzelle
* C-Domäne: enzymatischer Teil, der die ADP-Ribosylierung (s.&nbsp;u.) katalysiert

Auf der [[N-Terminus|N-terminalen]] A-Kette befindet sich die C-Domäne, auf der B-Kette die R- und T-Domäne.<ref name=":1" />

Das Eindringen in die Zelle unterliegt dem gleichen Mechanismus wie bei [[Rizin|Ricin]]: Die B-Kette heftet sich an einen [[Rezeptor (Biochemie)|Rezeptor]] auf der Zelloberfläche, dadurch spaltet sich das Toxin in ein 21 kDa A-Fragment und ein 40 kDa B-Fragment, wobei das A-Fragment in die Zelle eindringt. Diesen Mechanismus hat das Diphtherietoxin mit etlichen anderen Bakterientoxinen gemeinsam, es gehört zur Gruppe der [[Ektotoxin|AB-Toxine]].

Das Ziel der enzymatischen Aktivität des A-Fragmentes ist der [[Elongationsfaktor]] eEF-2, der die Translation bei der Proteinsynthese von Eukaryoten [[Katalyse|katalysiert]]. eEF-2 enthält [[Diphthamid]], einen ungewöhnlichen [[Aminosäure]]rest an Position 715 mit unbekannter Funktion, der posttranslational aus [[Histidin]] gebildet wird.<ref name=":1" /> Das A-Fragment des Toxins katalysiert die kovalente Modifikation dieses Diphthamids. Dabei wird ein [[Adenosindiphosphat|ADP]]-[[Ribose|Ribosylrest]] aus [[Nicotinamidadenindinukleotid|NAD<sup>+</sup>]] unter Abspaltung von [[Nicotinamid]] auf ein Stickstoffatom im Diphthamidring übertragen.<ref>{{Literatur |Autor=Jeremy M. Berg et al. |Titel=Stryer Biochemie |Hrsg= |Auflage=8 |Verlag=Springer-Verlag |Ort= |Datum=2018 |ISBN=978-3-662-54620-8 |Seiten=1085}}</ref> Man spricht von einer ADP-Ribosylierung.<ref name=":0">{{Literatur |Autor=Marlies Höck und Helmut Hahn |Titel=Korynebakterien |Hrsg=Sebastian Suerbaum, Gerd-Dieter Burchard, Stefan H. E. Kaufmann, Thomas F. Schulz |Sammelwerk=Medizinische Mikrobiologie und Infektiologie |Verlag=Springer-Verlag |Datum=2016-08-23 |ISBN=978-3-662-48678-8 |Seiten=311f.}}</ref> 

<chem display="inline">NAD+ + eEF 2 ->[{A-Kette}] ADP-Ribosyl-eEF 2 + Nicotinamid + H+</chem>

Das Diphthamid kommt nur im eEF-2 vor, was die hohe Spezifität erklärt. Dadurch hemmt das Diphtherietoxin die Fähigkeit des eEF-2, die Translation der wachsenden Polypeptidkette auszuführen. Die Proteinsynthese stoppt, und dies ist die Ursache für die bemerkenswerte Toxizität des Diphtherietoxins. Bereits ein A-Kettenmolekül reicht aus, um eine Zelle abzutöten.<ref name=":0" /> Aufgrund der hohen Oberflächenrezeptorendichte bei Herz- und Nervenzellen sind diese Zellen am empfindlichsten.

Das Diphtherietoxin ist der wirksame Bestandteil in [[Diphtherieimpfstoff]]en, hierfür wurde es vorher inaktiviert.

Die [[Kristallstrukturanalyse|Kristallstruktur]] des Toxins wurde 1992 in einer Auflösung von 2,5 [[Ångström (Einheit)|Å]] bestimmt.<ref>{{Literatur |Autor=Seunghyon Choe et al. |Titel=The crystal structure of diphtheria toxin |Hrsg= |Sammelwerk=Nature |Band=357 |Nummer=6375 |Datum=1992-05 |DOI=10.1038/357216a0 |Seiten=216–222}}</ref>

=== CRM<sub>197</sub> ===
Für [[Konjugierter Impfstoff|Konjugatimpfstoffe]] nutzt man die ungiftige Variante des Toxins mit der Bezeichnung CRM<sub>197</sub> (''cross-reacting material 197'').<ref name=":1">{{Literatur |Autor=Michael Bröker et al. |Titel=Biochemical and biological characteristics of cross-reacting material 197 CRM197, a non-toxic mutant of diphtheria toxin: use as a conjugation protein in vaccines and other potential clinical applications |Hrsg= |Sammelwerk=Biologicals: Journal of the International Association of Biological Standardization |Band=39 |Nummer=4 |Auflage= |Datum=2011-07 |DOI=10.1016/j.biologicals.2011.05.004 |PMID=21715186 |Seiten=195–204}}</ref> Hierbei ist die [[Aminosäuren|Aminosäure]] [[Glycin]] an Position 52 durch [[Glutaminsäure]] ersetzt, wodurch die ADP-Ribosyltransferaseaktivität verloren geht.<ref>{{Literatur |Autor=Enrico Malito et al. |Titel=Structural basis for lack of toxicity of the diphtheria toxin mutant CRM197 |Hrsg= |Sammelwerk=Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America |Band=109 |Nummer=14 |Auflage= |Verlag= |Datum=2012-04-03 |DOI=10.1073/pnas.1201964109 |PMC=3325714 |PMID=22431623 |Seiten=5229–5234}}</ref> Die Mutante CRM<sub>197</sub> wurde erstmals 1973 isoliert, bis Mitte der 1980er Jahre weiter optimiert und in einen Bakterienstamm zur Produktion kloniert.

== Ähnliche Toxine ==
Auch andere Gifte, die von Krankheitserregern stammen, bestehen aus zwei miteinander verbundenen Peptidketten, deren eine an einen Rezeptor auf der Zelloberfläche bindet und so der anderen Kette Zutritt in das Zellinnere verschafft wie zum Beispiel das [[Choleratoxin]], das [[Pertussistoxin#Pathogenese|Pertussistoxin]] (Keuchhustentoxin) und das [[Milzbrandtoxin]]. Allerdings sind die toxischen Mechanismen dieser Toxine unterschiedlich.
Den identischen Mechanismus der NAD-abhängigen ADP-Ribosylierung nutzt auch das [[Exotoxin A]] aus ''[[Pseudomonas aeruginosa]]''.

== Literatur ==
* Stryer Lubert: ''Biochemie''. Verlag Spektrum der Wissenschaft, Heidelberg 1990, ISBN 3-89330-690-0, S. 791–796.

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Bakterientoxin]]
[[Kategorie:Glycosyltransferase]]
[[Kategorie:Lektin]]
[[Kategorie:Diphtherie]]